原创  郭志前教授团队  RSC Chemical Sciences 2025年05月27日 14:03   英国

研究介绍

细胞核精准标记对探索生命过程与疾病演进至关重要。现有商业荧光探针（DAPI、Hoechst 等）依赖静电作用“静态染色”，难以区分癌细胞与正常细胞。如何点亮特定类型细胞的细胞核存在挑战。

近日，华东理工大学郭志前教授团队开发序列型代谢标记探针，实现癌细胞核 DNA 特异性荧光标记。该技术信噪比高达 120 倍，成功应用于细胞-组织-活体跨尺度肿瘤点亮。

• 图 1。序列型代谢标记探针：“精准锁定”点亮癌细胞核。(a) 序列激活代谢标记和癌细胞特异性点亮 DNA 标记概览。(b) 在该文中，作者们使用癌细胞中过表达的两种酶【即“组蛋白去乙酰化酶 (HDAC)” 和“组织蛋白酶 L (CTSL)”】作为「顺序键」，以编程方式解锁“双被锁的”核苷类似物 VdU-Lys 以释放出 VdU。随后，被释放出的 VdU 可选择性地掺入癌细胞（而非正常细胞）的核 DNA 中，使用乙烯基实现对 DNA 的代谢标记。然后，将一种新型的四嗪基染料 Et-PT-Tz 被加入细胞，其与带有乙烯基的 DNA 发生生物正交反应，从而点亮荧光。

工作亮点：

01 🔒 布尔逻辑运算双锁激活

通过组蛋白去乙酰化酶 (HDACs) 和组织蛋白酶 L (CTSL) 序列解锁，仅在癌细胞释放标记分子，乙烯基标签对癌细胞DNA特异性标记；

0 2 💡 生物正交智能点亮

四嗪探针遇靶标 DNA 荧光增强 120 倍； 

0 3 🕵️ 跨尺度精准识别

在肝癌、肺癌等细胞、组织中验证特异性，正常细胞“零误报”。

该工作通过“序列响应代谢标记 + 生物正交荧光激活”策略，实现癌细胞 DNA 特异性成像，为动态追踪肿瘤细胞 DNA 代谢提供了高信噪比工具。未来可拓展至其他疾病特异性酶响应体系，推动细胞特异性标记技术发展。

该成果以“Sequential metabolic probes illuminate nuclear DNA for discrimination of cancerous and normal cells”为题，发表于英国皇家化学会旗舰期刊 Chemical Science #ChemSci。

论文信息

• Sequential metabolic probes illuminate nuclear DNA for discrimination of cancerous and normal cellsCaiqi Liu (刘才齐), Sirui Lu, Chenxu Yan* (燕宸旭), Xingyuan Zhao, Jing Yang, Weixu Zhang, Xiuyan Zhao, Yao Ge, Xiaofan You & Zhiqian Guo* (郭志前)Chem. Sci., 2025, 16, 6837-6844 
  https://doi.org/10.1039/D5SC00360A 

作者简介

   

刘才齐 博士研究生

华东理工大学

本文第一作者，研究生期间主要开展新型核酸荧光染料开发工作。

  

 

燕宸旭 副教授

华东理工大学

本文通讯作者。研究聚焦“如何基于强化荧光传感与生理环境耦合作用，精准获取多维度生物学信息”的关键科学问题，创新传感机制、示踪策略、多模式协同方法，从亚细胞、活细胞、组织乃至活体层面突破生物光学成像应用研究瓶颈，解析动态生命过程。已发表 SCI 论文60余篇，申请中国发明专利 17 项，已授权 7 项。以第一/通讯作者发表论文30篇，包括 Nat. Biomed. Eng. (1 篇)、Nat. Protoc. (1 篇)、Nat. Commun. (2 篇)、J. Am. Chem. Soc. (1篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (6 篇)、Chem. Sci. (3 篇)、Sci. China Chem. (2 篇) 等。入选上海市青年科技启明星、上海市超级博士后、中国化学会光化学青年新锐奖、Wiley 中国高贡献作者。

   

 

郭志前 教授、博士生导师

华东理工大学

本文通讯作者。国家杰出青年基金获得者，上海市曙光学者，上海市浦江人才，曾获国家自然科学二等奖（排名第二）, 上海青年科技杰出贡献奖。

主要从事精细有机化工研究领域，致力于突破染料在生物医药、信息材料、环境生态等交叉领域革新应用中的关键技术，开展高性能、精细化、可产品化的近红外荧光染料前沿基础研究。聚焦近红外染料理性设计及功能强化，发展了具有自主知识产权的喹啉腈母体染料新体系；探索建立了具有普适性的近红外染料设计策略；创新发展了染料纳米化的宏量制备新方法，采用的涡流瞬时沉淀法具有易推广、可控性好等显著优势。

迄今，以第一或通讯作者发表 Nat. Biomed. Eng.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Protoc.、Nat. Common.、Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Chem. Sci.、Ind. Eng. Chem. Res. 等。多项工作先后被 Nature Methods、Wiley Materials Views 专栏等进行专题 Highlight 评述，多个喹啉腈荧光染料已实现商品化销售。获得 (ACS) Ind. Eng. Chem. Res.“2019 Class of Influential Researchers”。申请国际 PCT 专利 1 项，中国发明专利 27 项，其中 14 项已授权，相关两个荧光染料已实现商品化。

期刊介绍

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rsc.li/chemical-science

Chem. Sci.

2-年影响因子*	7.6分
5-年影响因子*	8.0分
JCR 分区*	Q1 化学-综合
CiteScore 分†	14.4分
中位一审周期‡	33 天

Chemical Science 是涵盖化学科学各领域的跨学科综合性期刊，也是英国皇家化学会的旗舰期刊。所发表的论文不仅要在相应的领域内具有重大意义，而且还应能引起化学科学其它领域的读者的广泛兴趣。所发表的论文应包含重大进展、概念上的创新与进步或者是对领域发展的真知灼见。发文范围包括但不限于有机化学、无机化学、物理化学、材料科学、纳米科学、催化、化学生物学、分析化学、超分子化学、理论化学、计算化学、绿色化学、能源与环境化学等。作为一本钻石开放获取的期刊，读者可以免费获取所发表论文的全文，同时从该刊的论文版面费由英国皇家化学会承担，论文作者无需付费。

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* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

^† CiteScore 2023 by Elsevier

^‡ 中位数，仅统计进入同行评审阶段的稿件